学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

棕榈科植物分枝系统结构与其力学性能关系研究

作　者: 李静
导　师: 刘旺玉
学　校: 华南理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 棕榈科植物分枝系统结构力学性能仿生设计
分类号: S792.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在数十亿年的生命演化与协同进化过程中,生物已经形成了对环境最大适应能力的结构,因此植物分枝系统的形成是在外界环境的影响下考虑多个功能的一种优化过程。沿海一类棕榈科植物的分枝系统结构与其生长环境必定存在某种联系,通过理论、实验及数值模拟方法,探索棕榈科植物分枝系统结构与其力学性能关系。为了模拟棕榈科植物分枝时成长趋势,建立分枝增量模型,从能量角度出发,获取宏观外力作用下分枝角度与总变形能间关系,并对三种典型受力情形进行讨论,结果表明:分枝时在不同的外力环境作用下,满足总变形能最小条件的分枝角不同。若棕榈科植物在分枝过程中受自身遗传因素影响及外界环境作用已经形成了特定的分枝角度,建立王棕简化模型,对其主干进行受力变形分析,结果表明:风载荷很小时,分枝角与风向角对主干影响很小;风载荷很大时,侧枝通过改变分枝角来达到卸载目的,这种避性对伞形风轮的抗台风设计具有较大的借鉴意义。同时,在夹层结构等效模量理论的支持下,得到王棕主干的等效模量,与单种材料组成的两种结构进行对比,显示王棕主干的夹层结构具有较高的比强度和比刚度,为风力机塔架、叶片结构仿生设计提供了一种新思路。此外,通过环境扫描电子显微镜得到王棕各部分的显微图片,结合各部分生理功能发现维管束的体积分数及结构对各部分的力学性能具有很大影响,提取出维管束的简化结构并建立模型,对其进行理论分析和数值模拟,结果表明:维管束的主要承载部分在其中部,并验证了相对密度对多孔材料性能起决定性作用,维管束的这种结构可用于材料仿生设计。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 国内外植物结构与力学性能相关研究概况  11-15
    1.2.1 国外研究现状  12-14
    1.2.2 国内研究现状  14-15
  1.3 课题的来源及主要研究内容  15-16
    1.3.1 课题的来源  15
    1.3.2 课题的研究内容  15-16
  1.4 课题的研究基础及意义  16-18
第二章植物分枝系统结构特点与生理功能  18-27
  2.1 植物分枝系统结构特点  18-25
    2.1.1 茎的形态与组成  18-19
    2.1.2 茎的分枝方式  19-22
    2.1.3 茎的解剖结构  22-25
  2.2 植物分枝结构生理功能  25
    2.2.1 支持作用  25
    2.2.2 输导作用  25
    2.2.3 储藏、繁殖与光合作用  25
  2.3 本章小结  25-27
第三章棕榈科植物分枝系统成长规律  27-36
  3.1 引言  27
  3.2 植物分枝系统结构成长规律的理论探讨  27-34
    3.2.1 杆件（梁）变形能理论  28-30
    3.2.2 棕榈科植物分枝系统结构成长规律  30-34
  3.3 植物分枝系统结构成长规律讨论  34
  3.4 本章小结  34-36
第四章风载荷下棕榈科植物分枝角度研究  36-50
  4.1 风压  36-37
  4.2 密度测量  37-38
  4.3 材料力学性能  38-43
    4.3.1 材料力学性能关系  38
    4.3.2 材料拉伸实验  38-39
    4.3.3 夹层结构等效模量理论  39-43
  4.4 风载荷下棕榈科植物分枝角度研究  43-48
    4.4.1 植物分枝结构简化模型建立  43-44
    4.4.2 风载荷下受力分析  44-45
    4.4.3 实例分析  45-48
  4.5 本章小结  48-50
第五章棕榈科植物分枝系统显微结构研究  50-70
  5.1 引言  50
  5.2 样本选择  50-51
  5.3 显微实验  51-56
    5.3.1 实验设备与方法  51-53
    5.3.2 实验结果与分析  53-56
  5.4 分枝系统显微结构力学性能分析  56-68
    5.4.1 基本理论  56-62
    5.4.2 数值模拟  62-68
  5.5 本章小结  68-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79-80
致谢  80-81
附件  81

棕榈科植物分枝系统结构与其力学性能关系研究

内容摘要

全文目录

相似论文